苗成涛

摘 要：作为道路跨越河流的主要形式，桥梁工程在线路工程中占据这十分重要的地位，并且其造价所占的比重也比较大。为了使桥梁工程的造价降低，并且保证桥梁使用的安全性与稳定性，就必须合理进行桥位设计。桥位设计的主要内容有桥位选择、水文计算、桥孔径与墩台基底埋置深度的确定以及调治构造物的-布设，可见桥位设计具有较强的复杂性与综合性。该文阐述了桥位设计需要注意的问题，并以山区桥位设计为例，针对桥位设计中的影响因素展开讨论与研究，以供参考。

关键词：桥位设计 山区 河流 水文计算

中图分类号：U442.5 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）08（c）-0110-02

桥梁是公路穿越河流的关键途径，线路工程桥梁工程成本占很大比重的主要形式之一，数据表明：根据工程成本历史数据的统计分析，成本一般占桥梁工程全线的10%。降低成本的桥梁工程，除了选择合理的桥梁结构形式，其次就是正确合理的桥位设计，桥址设计是桥梁工程设计的重要组成部分，所以合理优化桥位设计是确保桥梁工程质量与控制成本的关键。

1 合理进行桥位设计的思考

1.1 桥位选择

为了保证河流桥位设计的合理性，在桥位设计中首先就要选择合理的桥位，在桥位选择方面，除了满足基本要求之外，例如：路线总方向、农田占用、拆迁、淹没等，还要对水文、地形、地质等方面进行综合考虑。同时，对于通航河道而言还提出了对航运的要求。关于这些要求，具体介绍如下：水文方面要求选择具有稳定性的河床，不会有较大的自然岩边。应保证河道顺直，河滩窄、河槽宽，河滩与河槽具有一致的流向，河槽与河谷方向一直；地形方面直流河口的上游是桥位的最佳选择，上、下游有特殊地形如山嘴、石梁、沙洲等应尽可能避开[1]；地质方面桥位应设置在有岩层的河床或者有坚实土质以及较浅覆盖层的地段，而断层、溶洞、石膏、侵蚀性盐类等对墩台基础的建造有着不利影响，应尽量避免。航运方面，顺直河段是桥位的最佳选择，桥位应避开浅滩急弯地段，确保河段航道具有稳定性以及足够的水深。

1.2 水文计算

水文计算是为了整理与分析测量获取的水文资料，以此使设计水位或设计流量得以确定，确保桥梁孔径设计能够有参考依据。其中设计流量的计算通常会采用试错适线法、三点试线法或者矩法[2]，并与相应的理论积累频率曲线相匹配，继而使桥梁的设计流量得以推算出来。试错适线法的依据为经验累频率点据，首先进行统计参数的计算，然后进行理论积累频率曲线的绘制与对比，以此使合理的统计参数得以试算出来。利用繪线比较来确定合适的参数是该方法的主要计算特点，对于比较分散经验积累频率点据比较适用。三点适线法也能够用于经验积累频率点据较为分散的情况，其与试错适线法有着相同的经验积累频率分析，然而该犯法还需考虑其他参数变化，一旦某以参数达到一定数值，得出的结果就比较合理。矩法主要按计算的三统计参数对设计值进行确定的方法。该方法在实测资料或者历史调查资料缺乏的情况下比较适用，然而其也存在一定的缺陷，例如无法验证经验积累频率点据，所以通常需要尽可能获取资料，并采用适线法对设计流量进行确定。

1.3 桥梁孔径计算

桥孔长简称桥长，其指的是在设计水位条件下的两桥台前缘间的水面宽度。桥长计算需要按照《公路桥位勘测设计规范》的公式进行计算[3]，桥孔长计算完后，就要对桥梁分孔。如果桥梁较长，就需要分成几孔，桥梁的使用效果以及施工难度与各孔跨径有着十分密切的联系，并且各孔的跨径也影响到桥梁的总造价。在通航河流桥位设计中，应在满足通航要求的基础上进行分孔。如果桥梁位于平原地区的宽阔河流，那么主槽部分通常会根据实际需求进行较大跨径通航孔的布置，两边的浅滩部分的分孔则主要以经济跨径为主。若桥梁修建在山区，那么必须跨径应该加大，并将中间桥墩减少。针对某些体系的多孔桥梁，应确保各孔跨径的比例关系具有合理性，以此确保材料能够得到合理使用。

1.4 如何确定墩台基底埋置深度

河床冲刷计算是确定墩台基底埋置深度的重要内容，由于河床冲刷现象具有较强的复杂性，因此会对其进行分类计算，然后进行叠加，进而得到结果。墩台冲刷现象通常分为河床自然演变冲刷、桥下断面一般冲刷以及墩台局部冲刷等三种。其中河床自然演变冲刷的确定通常需要统计分析桥位上、下游水文站的相关断面资料。桥下断面一般冲刷可以通过常用经验公式以及包尔达可夫公式进行计算确定。墩台局部冲刷与桥下断面一般冲刷的确定原理类似。

1.5 调治构造物布设

调治构造物的布设主要是为了通过对水流的调节以及对河道的整治来保证通过桥孔水流的均匀性与流畅性，并且使桥位附近河床与河岸的不利变形情况得以避免，为桥梁墩台以及桥头引道的正常使用提供可靠的保障。按照对水流的作用可以将调治构造物分为导流构造物、挑流构造物以及底流构造物等三类。不同的构造物的设置具有灵活性，单独设置或者联合应用都是可行的。此外，在滩地上可采用生物措施与调治构造物进行配合，或者将调治构造物替代，例如：植树造林。

2 山区桥位设计

2.1 地形地貌对桥位设计的影响

山区的地形具有复杂性，并且有许多河流。两岸有山嘴或者到底等河岸稳固的较开阔河段是桥位的最佳选择，桥位上、下游不应存在山嘴、石梁、沙洲等，确保水流的通畅性不受影响。如果桥梁需要跨越峡谷河段，那么一孔跨越是桥位的最佳选择[3]，如果无法实现，那么流速缓、水深浅的开阔河段比较适宜。如果桥梁需要跨越山前变迁河段，那么桥位应选在两岸与河槽相对比较稳定的束窄河段，当桥梁需要跨越扩散段时，应确保选择河段的摆动范围较小，最好使桥轴线与洪水成正交关系。如果桥梁跨越的是山前冲积漫游河段，那么上游狭窄段或下有收缩段比较适宜，当桥梁需要通过中游扩散段，应采用一河多桥方案，并且各桥桥位的高程应保持大致一致。此外，在桥位设计中还应考虑多方面的要求，包括施工现场布置、材料运输等。

2.2 水文对桥位设计的影响

相比于普通河流，山区河流的坡度比较陡，具有较大的河槽比降与较快的汇流速度，并且降水的调蓄作用不易受到流域的影响，流量过程呈现的趋势为陡涨陡落。所以在桥位的选择上，应保证河道顺直，具有稳定性，滩地高而窄，并且大部分设计流量的河段能够被河槽通过，需要注意的是，建桥会对天然河道造成一定的影响，在桥位设计时应尽量避免这一情况，并考虑到河道的演变。对于中、高洪水位应保证其流向正交于桥位轴线。如果橋位轴线斜交于水流，那么引道上游形成水袋的情况应加以严格控制并避免。

2.3 地质灾害对桥位设计的影响

如果山区桥梁设计中，桥位应尽可能避绕强岩溶地区，选择弱岩溶地区。如果由于特殊情况需要设置在强岩溶地区，那么选择的岩层应具有完整性，并保证足够的洞穴顶板尺寸厚度。如果桥梁路线需要跨越岩溶地区，那么构造破碎带是桥位应该避开的，如确实不能避开，那么桥位通过的形式应为正交。大洞室与大竖井也是桥位应避开的部分，并且可溶岩层与非可溶岩层的接触带不应设置桥梁，应尽量选择非可溶岩层来设置桥梁。对于岩溶丘陵区的峰间谷地，岩溶泉、漏斗落水溶洞、地下河出露以及地下通道等是桥位的适宜选择。

对于泥石流这一地质灾害，其具有突发性，并且流速较快、流量与物质容量较大，对山体会造成较强的破坏。一旦发生泥石流，就会对交通设施造成严重的破坏，情况严重时还会冲毁村镇，造成无可挽回的巨大损失。如果桥梁线路需要跨域泥石流地区，那么必须对这一地区的泥石流的各方面情况进行细致的分析以及正确的评估，包括泥石流的形成条件、发育规律以及泥石流破坏性等。对于一些泥石流频发或强烈的地区，应尽量避绕，如果无法实现，那么沟床稳定的流通区的直线是桥位选择的最佳位置，并且应确保桥梁轴线正交于主流，开挖设桥以及改沟并桥是不允许的。如果桥位需要经过泥石流堆积扇，那么扇腰、善顶部位应尽量避开，扇缘比较适宜，布线应沿着等高线，将桥梁进行分散设置。若桥位需要经过泥石流堆积扇群，那么应对桥位与桥型的选择进行充分的考虑，并且针对泥石流采取的相应措施也是十分重要的，包括防护工程、排导工程以及拦挡工程等，例如护坡、导流堤、储淤场、顺坝、支档与截洪工程等，使桥梁结构的保护得以有效增强。

60°～70°的斜坡是崩塌频发点[3]。如果桥位选在崩塌体附近，如果可以应尽可能避开。如果无法避开，并且崩塌的规模不大，那么可以采取相应的工程措施来对桥梁进行保护，例如：加固山坡、清除危岩、修筑遮挡建筑物以及拦截建筑物等，使崩塌得以有效处治，为桥梁的安全提供充分的保障。然而岩体崩塌的规模较大的话，在桥位设计中就必须避开。

一直以来，滑坡都是一个重要的地质工程问题。根据相关统计分析我们可以得知，地形坡度在10°～35°容易形成滑坡，其中20°～35°的坡度更容易发生滑坡。产生滑坡的条件、因素以及运动机理复杂多变，存在许多形式，预测难度较高，需要较高的投入才能进行治理。滑坡如果按照周期来区分，可以将滑坡体分为3类，即古滑坡体、老滑坡体以及新滑坡体。然而对于古滑坡与老滑坡，其并没有什么规律可言。这些滑坡体仍具有不稳定性或者说暂时稳定性，一旦受到特定自然因素或人为因素的影响，就可能再次发生滑坡。所以在桥位设计中，必须对桥位附近的滑坡体进行勘察，并对其稳定性进行初步的判断与评估。桥位设计中应尽可能避开滑坡体，如果条件不允许无法避开，就必须采取相关工程措施来处治滑坡，确保桥梁结构的安全得到有效的保护。

2.4 通航对桥位设计的影响

现阶段我国许多山区江河已经被规划为航道。桥梁如果要设置在山区通航河流上，就应考虑通航对桥位设计的影响，并且必须满足相关规定。应在比较稳定、顺直且通航水深足够的河段上设置桥位，同时河道迹迁的影响也应予以充分的考虑。险滩、浅滩、急弯、卡口、汇流口或者水工设施、港口作业以及船舶锚地等不宜设置桥位。应尽量保证桥梁轴线正交于主流，如果无法实现，那么应将桥梁轴线的法线与主流的交角控制在5°之内，或者将通航孔的跨径增大。如果桥位方案附近已经有建成的桥梁，就应注意两桥的间距。

2.5 饮用水源对桥位设计的影响

工程建设不应污染饮用水源，这是由于其造成的影响十分严重，波及到的范围非常大，通常会影响到一个地区的人的正常生活，一旦由此造成社会恐慌，就会带来无法挽回的损失与后果。根据我国环境保护相关规范，饮用水源保护区有三个等级，不同等级保护区其从事的工程活动也有着不同的限制。所以在桥位设计中，应对桥位附近的饮用水保护区及其等级进行调查，明确桥位是否在保护区范围之内。如果桥梁处在保护区内，就必须严格按照相关规定进行设置。例如在一级保护区的桥位设计中，规范无关供水设施以及保护水源的建设项目的新建、扩建是不允许的，所以一级保护区是桥位设计中必须避开的。而其他等级保护区的桥位设计应设立针对环评水保的专项评估，如果不符合国家相关规定，就不能进行桥梁的修建。

2.6 其他因素对桥位设计的影响

山区地形具有很强的复杂性，在桥位设计中存在许多影响因素。例如两头引道的顺接问题。规划区桥梁的桥位设计必须与规划一致，规划区土地不得过度占用或者减少拆迁。对于山区的“渡改桥”项目，为了为百姓提供交通便利，原渡口位置或者村落密集区附近是桥位设置的最佳选择。

3 结语

综上所述，合理进行桥位设计主要包括以下几个方面：第一，桥梁基本尺寸、布局和桥型与桥位设计的合理性有着直接的联系，同时桥位设计也对桥梁经济、合理、安全的修建与使用也有着十分重要的意义；第二，桥位选择应充分考虑实际情况，满足各方面的设计要去，不仅要考虑成本控制，还应保证桥梁能够安全合理的投入使用；第三，在选择桥位时，不仅要对经济性与安全性进行考虑，桥梁与周边景致的协调性也是分层重要的；第四，桥孔长度的计算是准确划分河床的滩、槽的重要手段，必须结合河段的实际情况，对桥位现场进行细致的勘察与研究，确保河床滩、槽划分合理；第五，河床冲刷计算是确定墩台基底埋置深度的主要方法，现阶段桥下断面一般冲刷和墩台局部冲刷的计算缺乏成熟的理论基础，因此多依靠经验公式进行计算。而经验公式计算中河槽、河滩以及河床的土质有着十分重要的影响，因此必须对其进行准确的分析与判断，确保墩台基底埋置深度满足设计要求；第六，必须结合各方面因素进行综合分析，使桥位设计流量与桥孔净长的推算结果得以论证确定。

参考文献

[1] 胡晓东.跨河桥桥位变更设计探讨[J].公路与汽运，2004（6）：73-75.

[2] 梁绍江.浅探合理进行河流桥位设计[J].科技创新导报，2008（25）：91.

[3] 王成波.浅谈山区桥位设计[J].建筑工程技术与设计，2015（10）：966.